JPH0232323B2

JPH0232323B2 -

Info

Publication number: JPH0232323B2
Application number: JP57136559A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kubota
Original assignee: Toyo Aluminum KK
Current assignee: Toyo Aluminum KK
Priority date: 1982-08-04
Filing date: 1982-08-04
Publication date: 1990-07-19
Also published as: JPS5925904A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、金属粉製造装置および金属粉製造
方法に関し、かつ特に超音波振動を利用して金属
の粉を製造する金属粉製造装置および金属粉製造
方法に関する。

従来、金属の粉を大量に製造する方法として、
いわゆるアトマイズ法が一般的であつた。このア
トマイズ法は、金属を加熱して溶湯にし、その溶
湯を圧縮空気によつて噴霧して霧状にし、それを
冷却し金属粉を製造するものである。

しかしながらこの方法では、以下のような欠点
がある。まず、溶湯が圧縮空気により霧状にされ
るため、その圧縮空気による力が不均等になり、
霧状になつた溶湯の粒子の大きさがばらつき、そ
のため製造された金属粉の粒子の大きさが揃わ
ず、揃えるためには多数の分級工程を必要とす
る。また、霧状の溶湯が圧縮空気により急激に冷
却されるので、溶湯の表面張力により粒子が球状
になる前に固化し、歪んだ形状の金属粉ができ易
く、かつ圧縮空気に触れて金属粉が酸化物になり
やすい。さらに、溶湯を霧状にするために、かな
り高圧の圧縮空気を必要とし、そのためコンプレ
ツサなどを備えて金属粉を製造するための装置が
大形化し、また高圧の空気を噴出するときに高音
の雑音を発生して作業環境が悪くなる。

上述したアトマイズ法の他には、機械的な方法
として、搗砕法やボールミル法などがあり、また
化学的な方法もあるが、いずれも量産には適さな
いか、ないしは装置が大型化する。さらに、超音
波を用いて金属粉を製造する方法として、1974年
２月に発行された「Ultrasonics」の第11頁から
第15頁に述べられた方法がある。この方法は、金
属溶湯を高圧で細管から射出し、振動しているホ
ーンの先端に当てて霧化するものである。しかし
ながら、この方法では、霧状になつて活性化した
金属の粒子と、細管から射出された高温の金属溶
湯とが接触して、雰囲気によつては爆発の危険が
生じたり、またホーンの非常に狭い領域で金属溶
湯を霧化するために、量産には適さない。

したがつて、この発明の目的は、上述のような
欠点を除去した金属粉製造装置および金属粉製造
方法を提供することである。

この発明の装置は、要約すれば、超音波振動を
発生する振動子と、前記振動子に一方端が接続さ
れかつ他方端においてほぼ最大の振幅で振動する
ホーンと、前記ホーンを囲み前記ホーンとの間に
間隙を残して取付けられたノズルと、前記間隙内
に金属の溶湯を供給する溶湯供給手段とを備え、前記ノズルの先端には、前記ホーンの他方端の
外縁より内方へ突出した突出部が設けられてお
り、該突出部とホーン他方端との間で、前記ホー
ンと前記ノズル間の前記間〓に連通する開口部が
形成されている、金属粉製造装置である。

この発明の方法は、要約すれば、粉にすべき金
属を溶かして溶湯にし、この溶湯を振動子に一方
端を接続したホーンと該ホーンを囲むように設け
られたノズルとの間の間〓に導き、前記ホーンの
他方端と前記ノズルの先端に設けられた突出部と
の間で形成される開口部から、超音波振動を与え
ることにより溶湯を霧化しながらたたき出す各工
程を含む、金属粉製造方法である。

上述の目的およびその他の目的と特徴は、以下
に図面を参照して行なう詳細な説明から一層明ら
かとなろう。

第１図は、この発明による金属粉製造装置の一
実施例を示す概略図である。第２図は、第１図の
ノズルを示す部分拡大図である。第３図は、第２
図のノズルの開口部を示す部分拡大図である。

構成において、この実施例は、基本的には、超
音波振動を発する振動子２と、振動子２に一方端
が固定されかつ他方端が自由端となつたホーン７
と、ホーン７の自由端を囲むようにかつホーン７
との間に間隙２０を残して取付けられ、ホーン７
の自由端と先端の突出部との間で開口部２１を形
成するノズルと、粉にすべき金属を加熱して溶湯
にし間隙２０に供給するるつぼ１７とからなる。
詳細に言えば、振動子ハウジング３内の振動子２
は、超音波発振器１に電気的に接続されており、
超音波発振器１からの電気信号が、振動子２で機
械的な超音波振動に変えられる。振動子２に、ホ
ーン７の一方端が接続されており、かつその他方
端が自由端になつている。ホーン７は、振動子２
の振動の振幅を増幅するためのものであり、ホー
ン７の先端２２で振幅がほぼ最大になるように構
成される。なお、溶湯を効率良く霧状にするため
にホーン７の先端２２で振幅を最大にするのが望
ましいが、ホーン７が溶湯の熱により熱膨張する
ため、溶湯の設計温度と異なる温度の溶湯を使用
した場合は、最大からわずかにずれることがある
ことを指摘しておく。ホーン７の自由端側には、
ノズル８が取付けられている。ノズル８はホーン
７の自由端を取囲むように取付けられ、ホーン７
ノズル８との間には、ホーン７の周囲にわたり間
隙２０が形成されている。間隙２０は、パイプ２
３によつて、るつぼ１７と通じている。るつぼ１
７は、溶湯供給手段として、粉にすべき金属を高
周波誘導加熱などによつて溶湯にし、パイプ２３
を介して間隙２０にその溶湯を供給するものであ
る。るつぼ１７には、粉にすべき金属が線材１４
で連続的に孔２４を介して与えられる。また、る
つぼ１７には、管１１により、好ましくは不活性
ガスや還元性ガスである圧縮ガスが送られて、溶
湯１３を間隙２０内に強制的に供給する。なお、
圧縮ガスによらなくても、溶湯１３は重力によつ
て間〓２０内に供給されるようにしてもよい。ま
た、溶湯１３がパイプ２３内を流れている間に温
度が下がり固まつたりまた粘度が変化しないよう
に、パイプ２３がガスバーナ１５等で加熱され
る。このようにして間隙２０内に供給された溶湯
１３は、間隙２０内を下方向に流れて行きホーン
７の先端２２と接触して、後で詳細に述べるよう
にして霧状になる。この霧状になつた溶湯を、外
部にたたき出すためにノズル８には、開口部２１
が形成されている。開口部２１の内径は、ホーン
７の先端２２の外径よりも小さくされており、間
隙２０内の溶湯１３が、ホーン７の先端２２の端
面２６に接触する前に、開口部２１から外部へ出
ないように構成される。なお、振動子２は、通常
耐熱性に乏しいので、この例では、間隙２０内の
溶湯１３の熱が、ホーン７を介して振動子２に伝
わらないように、ホーン７の中間部に水冷または
空冷の冷却器５が設けられるとともに、振動子ハ
ウジング３に設けられた冷却フアン４で振動子２
が強制的に冷却される。また、当然のことではあ
るが、ホーン７のような溶湯１３が接する部材
は、溶湯１３の温度よりも高い融点を有する材
料、例えば鋼、アルミナ、タングステン等で形成
される。さらに、振動子２からホーン７の先端２
２の端面２６への振動の伝播は、各物体の中を応
力歪として伝播するものであるが、その応力は各
物体の部位により異なる。したがつて、振動子
２、ホーン７、ノズル８および冷却器５の取付
は、その応力が小さな部分で行なうとよい。

動作において、超音波発振器１により、電気信
号を発振し、それを振動子２に与えて、機械的な
超音波振動に変換する。振動子２は、非常に高い
周波数で振動する。振動子２の振動は、振動子２
に取付けられたホーン７を介して、ホーン７の先
端２２に伝播する。振動子２からの振動は、ホー
ン７の中を伝播するときに、ホーン７の形状によ
り、その振幅を変えられてホーン７の先端２２で
ほぼ最大になる。一方、るつぼ１７の中に、孔２
４を介して線材１４を与える。るつぼ１７内に与
えられた線材１４は、高周波誘導加熱などによつ
て加熱され、溶湯１３になる。溶湯１３は、管１
１から送られる不活性ガスなどの圧縮ガスによ
り、パイプ２３を介して間隙２０内に供給され
る。溶湯１３は、パイプ２３内を流れている間
に、温度が下がらないようにガスバーナ１５で補
助的に加熱されている。第２図に最もよく示され
るように、間隙２０内に供給された溶湯１３は、
ホーン７を囲むように間隙２０内に満たされる。
間隙２０内に供給された溶湯１３は、間隙２０内
を図において下方向に移動し、開口部２１から外
部へ出ようとする。しかしながら、開口部２１の
内径は、ホーン７の先端２２の外径よりも小さ
く、またこの例では間隙２０が開口部２１との境
界において非常に狭く形成されているので（第３
図に図示）、溶湯１３は、開口部２１から外部へ
出る前に、必ずホーン７の先端２２の端面２６に
接触する。ホーン７の端面２６は、上述したよう
にほぼ最大の振幅で振動している。したがつて、
間隙２０内を流れてきた溶湯１３は、端面２６に
接触し、霧状にされて、開口部２１を介して外部
にたたき出される。霧状になつた溶湯は、所定の
雰囲気中で、冷却され固化し、粉末状の金属粉２
７となる。なお、上述の動作の間、振動子２が過
熱しないように、冷却フアン４および冷却器５を
動作させている。このようにして、粉にすべき金
属を溶湯１３にし、それをノズル８に導き、その
ノズル８の開口部２１の背後から超音波振動を溶
湯１３に与えて、連続して溶湯１３を霧状にしな
がら開口部２１からたたき出し、それを冷却する
ことによつて、金属粉２７が得られる。

上述のような構成および動作にしたがつて、発
明者により行なわれた実験の例を以下に示す。ホ
ーン７とノズル８との各部分の寸法は、次のとお
りである。第３図において、ホーン７の先端２２
の外径ａは、15ミリのオーダであり、間隙２０の
幅ｂは、３ミリのオーダであり、間隙２０の開口
部２１との境界部分における幅ｃは、0.1ないし
0.2ミリのオーダであり、開口部２１の内径ｄは、
13ミリのオーダであつた。また管１１を介して送
られた圧縮ガスは、窒素であり、圧力は２Kg／cm²
であつた。上述のような、寸法の装置を用い、
20kHz以上の周波数で、振動子２を振動させて、
アルミニウムの金属粉を製造する実験を行なつ
た。その結果、次のような要因は、それぞれの結
果をもたらすことがわかつた。(A)周波数：振動子
２の振動の周波数が高くなければなるほど、製造
された金属粉の粒子は細かくなる。(B)溶湯の粘
度：溶湯１３の粘度が大きければ、溶湯が流れに
くくなる。(C)溶湯の表面張力：溶湯１３の表面張
力が大きければ大きいほど、金属粉の粒子の形状
は、球形に近付く。(D)振幅：ホーン７の先端２２
の超音波振動の振幅が大きくなればなるほど、金
属粉の粒子の形状が、細長くなり、また小さくな
ればなるほど、球状に近付く。なお、製造された
金属粉の大きさには、影響は見られなかつた。た
とえば、アルミニウムの溶湯を用い、各部分の寸
法をａ＝15mm，ｂ＝３mm，ｃ＝0.1〜0.2mm，ｄ＝
13mmとし、圧縮ガスとしてN₂を２Kg／cm²で与え、
振動子２の周波数を2.5KHzとすれば、30〜50μの
大きさの球状のアルミニウムの金属粉が得られ
た。

以上のように、この発明によれば、超音波振動
を利用して金属粉を製造するため、金属粉の粒子
の大きさがほぼ同じであり、金属粉の分級が容易
になる。また、大量の空気で噴霧するアトマイズ
法とは異なり、装置を非常に小形化でき、空気以
外の雰囲気中においても霧状になつた溶湯を冷却
できるので、金属粉の粒子の表面を所望に処理で
きる。そのうえ、超音波振動の振幅、周波数等を
変えることにより、所望の形状の金属粉が得られ
る。さらに、ホーンの比較的広い領域で溶湯を霧
状にするので、金属粉を大量生産することが可能
である。なお、超音波は人間の耳には聞えないの
で、作業環境が非常に静かである。

上述の実施例では、溶湯が超音波振動によつて
下方向にたたき出されたが、これに限ることは
く、たとえばホーン７の先端２２を上方向に向け
て、溶湯が上にたたき出されるようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による金属粉製造装置の一
実施例を示す概略図である。第２図は、第１図の
ノズルを示す部分拡大図である。第３図は、第２
図の開口部の詳細を示す図である。図において、１は超音波発振器、２は振動子、
７はホーン、８はノズル、１３は溶湯、１７はる
つぼ、２０は間隙、２４は開口部を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１超音波振動を発生する振動子と、前記振動子に一方端が接続されかつ他方端にお
いてほぼ最大の振幅で振動するホーンと、前記ホーンを囲み、前記ホーンとの間に間〓を
残して取付けられたノズルと、前記間〓内に金属の溶湯を供給する溶湯供給手
段とを備え、前記ノズルの先端には、前記ホーンの他方端の
外縁より内方へ突出した突出部が設けられてお
り、該突出部とホーンの他方端との間で、前記ホ
ーンと前記ノズル間の前記間〓に連通する開口部
が形成されている、金属粉製造装置。２粉にすべき金属を溶かして溶湯にし、この溶湯を振動子に一方端を接続したホーンと
該ホーンを囲むように設けられたノズルとの間の
間〓に導き、前記ホーンの他方端と前記ノズルの先端に設け
られた突出部との間で形成される開口部から、超
音波振動を与えることにより溶湯を霧化しながら
たたき出す各工程を含む、金属粉製造方法。